一种8英寸单片高温碳化硅外延生长室结构的制作方法

本发明涉及制造碳化硅外延晶片用高温设备技术领域，特指一种8英寸单片高温碳化硅外延生长室结构。

背景技术：
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碳化硅(SiC)外延生长已成为新一代宽禁带SiC功率半导体制造的一项关键技术，大面积、高质量SiC外延材料是制备高性能、低成本SiC功率器件的基础。

随着SiC晶体技术的快速发展，SiC晶片尺寸已由过去的2-4英寸，扩径到目前主导的6英寸，更为重要的是，美国II-VI公司和Cree公司分别于2015年演示了8英寸SiC晶片。虽然目前SiC外延晶片产品尺寸以6英寸为主，但是更大尺寸是SiC外延技术发展的必然趋势，也是进一步降低SiC功率半导体制造成本的需要。为了引领SiC晶片发展方向，德国Infineon公司以8.5亿美圆收购了美国Cree公司旗下的Wolfspeed公司，认为今后成功的关键是将晶圆直径扩大到200mm(8英寸)。Infineon借助收购，未来可快速推进200mm化，以便进一步降低SiC功率半导体制造成本。

国际上主要有三家SiC外延设备供应商，它们分别是德国Aixtron公司、意大利LPE公司和日本TEL公司，其外延设备分别是不锈钢6英寸多片(6片和8片)“温壁”系统、水平式石英管6英寸单片“热壁”系统、和水平式石英管6英寸三片“热壁”系统，前两种设备都不能进行8英寸SiC外延生长。虽然第三种设备可以进行8英寸SiC外延生长，但是石英管具有易碎、不易加工的特点，而且该设备报价十分昂贵。

SiC半导体主要用于制造高压功率器件，因而需要较厚的SiC外延层厚度，“热壁”系统是大尺寸、高质量SiC外延晶片材料生长的主要设备。所谓“热壁”是指SiC衬底晶片四周的温度相同，反之，如果与晶片相对一侧的温度低于晶片温度，则该系统称为“冷壁”或“温壁”。

考虑到上述三家SiC外延设备存在的困难和缺陷，以及SiC外延生长室要经常进行清洁处理以及单片系统的优越性，本发明人提出以下技术方案。

技术实现要素：
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本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种8英寸单片高温碳化硅外延生长室结构。

为了解决上述技术问题，本发明采用了下述技术方案：该8英寸单片高温碳化硅外延生长室结构包括：外延生长室，其由感应加热材料制成，该外延生长室中形成有一矩形腔室，且该外延生长室于矩形腔室中设置有承载槽，藉由该承载槽承载用于装载SiC晶片的8英寸的托盘，该外延生长室两侧分别设置有贯通矩形腔室的进气口和出气口；一硬质保温层，其紧密包裹在所述的外延生长室的外围，以对外延生长室保温，及减少外延生长室的热辐射；一导气管连接器，其设于外延生长室的进气口处，并伸出于硬质保温层外；一用于引导反应气体在进入外延生长室之前呈层流状态的上游导气管，其套接于导气管连接器上；一用于引导尾气排出的下游导气管，其设于外延生长室的出气口处，并伸出于硬质保温层外。

进一步而言，上述技术方案中，所述外延生长室其包括感应加热材料制成的上盖、底盘、左侧板和右侧板，该左侧板和右侧板分别设置于上盖和底盘左右两侧，并围成一前后通透的所述的矩形腔室，且该左侧板和右侧板上分别设置有贯通矩形腔室的所述的出气口和进气口。

进一步而言，上述技术方案中，所述上盖呈矩形，该上盖内部设置有第一矩形腔道，且其四周壁厚度相等。

进一步而言，上述技术方案中，所述底盘的结构及形状和尺寸大小均与上盖相当，且该底盘及上盖为对称设置。

进一步而言，上述技术方案中，所述底盘两侧上端均设置有第一卡槽；所述上盖两侧下端均设置有第二卡槽，该第一卡槽及第二卡槽分别卡合左侧板和右侧板的上下两端。

进一步而言，上述技术方案中，所述的上游导气管呈矩形，该上游导气管具有第二矩形腔道，该第二矩形腔道的截面形状及面积与所述外延生长室中矩形腔室的截面形状及面积均相同。

进一步而言，上述技术方案中，所述的下游导气管呈矩形，该下游导气管具有第三矩形腔道，该第三矩形腔道的截面面积大于所述外延生长室中矩形腔室的截面面积。

进一步而言，上述技术方案中，所述导气管连接器前后两端分别成型有第一、第二接口，该第一接口与所述外延生长室的进气口对接，该第二接口与上游导气管对接，且该导气管连接器内形成有第四矩形腔道，该第四矩形腔道的截面形状及面积与所述外延生长室中矩形腔室的截面形状及面积均相同。

进一步而言，上述技术方案中，所述左侧板和右侧板均呈长方形板条，且其形状和尺寸完全相同。

进一步而言，上述技术方案中，所述硬质保温层对应所述外延生长室的进气口及出气口处分别设置有第一、第二通孔，该第一通孔的尺寸小于进气口的尺寸，该第二通孔的尺寸小于出气口的尺寸。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

1、由于外延生长室中的上盖及底盘均呈矩形，并具有矩形腔道，且其四周壁厚度均相等，此结构的外延生长室特别利于提高感应加热效率、消除外延生长室内因接触不良而形成的局部“热点”、以及改善上盖与底盘的温度均匀性，且该外延生长室在被加热后，以此保证温度相同，即矩形腔室内的温度均匀，达到“热壁”功效，令本发明适合于大面积、高质量SiC外延生长，特别适合于用于高压、超高压功率器件用SiC厚外延层的生长。

2、本发明具有“热壁”功效，适合于大面积、高质量SiC外延生长，特别适合于用于高压、超高压功率器件用SiC厚外延层的生长。

3、本发明外延生长室结构安装简单，易进行清洁处理，使用起来更加方便。

4、本发明应用广泛，不但可用于8英寸单片SiC外延生长，而且仅通过替换托盘，还可用于6英寸单片SiC外延生长以及2片和/或3片4英寸SiC外延生长。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的剖视图；

图3是本发明中上盖的剖视图；

图4是本发明中底盘的剖视图；

图5是本发明中底盘与托盘(8英寸)的装配图；

图6是本发明中底盘与托盘(6英寸)的装配图；

图7是本发明中底盘与托盘(4英寸)的装配图；

图8是本发明中硬质保温层的剖视图；

图9是本发明中硬质保温层另一截面的剖视图；

图10是本发明中左侧板的结构示意图；

图11是本发明中上游端导气管的结构示意图；

图12是本发明中下游端导气管的结构示意图；

图13是本发明中导气管连接器的结构示意图；

图14是本发明中导气管连接器的剖视图。

附图标记说明：

10 外延生长室 100 矩形腔室 101 承载槽

102 托盘 103 进气口 104 出气口

1 上盖 11 第一矩形腔道 12 第二卡槽

2 底盘 21 第一卡槽 3 左侧板

4 右侧板 5 硬质保温层 51 第一通孔

52 第二通孔 6 导气管连接器 61 第一接口

62 第二接口 63 第四矩形腔道 7 上游导气管

71 第二矩形腔道 8 下游导气管 81 第三矩形腔道

具体实施方式：

下面结合具体实施例和附图对本发明进一步说明。

见图1-14所示，为一种8英寸单片高温碳化硅外延生长室结构，其包括：外延生长室10以及紧密包裹在外延生长室10的外围以对外延生长室10保温及用于减少外延生长室10的热辐射的硬质保温层5和安装于外延生长室10上的导气管连接器6、下游导气管8和套接于导气管连接器6上的上游导气管7。

所述外延生长室10由感应加热材料制成，该外延生长室10中形成有一矩形腔室100，且该外延生长室10于矩形腔室100中设置有承载槽101，藉由该承载槽101承载用于装载SiC晶片的8英寸的托盘102，该外延生长室10两侧分别设置有贯通矩形腔室100的进气口103和出气口104；具体而言，所述外延生长室10其包括感应加热材料制成的上盖1、底盘2、左侧板3和右侧板4，该左侧板3和右侧板4分别设置于上盖1和底盘2左右两侧，并围成一前后通透的所述的矩形腔室100，且该左侧板3和右侧板4上分别设置有贯通矩形腔室100的所述的出气口104和进气口103；所述承载槽101设置于底盘2上端面。

所述托盘102不但可用于8英寸单片SiC外延生长，而且仅通过替换另外尺寸的托盘，还可用于6英寸单片SiC外延生长以及2片和/或3片4英寸SiC外延生长，令本发明用于更加方便。

所述上盖1呈矩形，该上盖1内部设置有第一矩形腔道11，且其四周壁厚度相等。与之对应的，所述底盘2的结构及形状和尺寸大小均与上盖1相当，在此不再一一赘述，且该底盘2及上盖1为对称设置。

由于上盖1及底盘2均呈矩形，并具有矩形腔道，且其四周壁厚度均相等，此结构的外延生长室特别利于提高感应加热效率、消除外延生长室内因接触不良而形成的局部“热点”、以及改善上盖与底盘的温度均匀性，且该外延生长室在被加热后，以此保证温度相同，即矩形腔室100内的温度均匀，达到“热壁”功效，令本发明适合于大面积、高质量SiC外延生长，特别适合于用于高压、超高压功率器件用SiC厚外延层的生长。

本发明适合于大面积、高质量SiC外延生长，特别适合于用于高压、超高压功率器件用SiC厚外延层的生长。

所述底盘2两侧上端均设置有第一卡槽21；所述上盖1两侧下端均设置有第二卡槽12，该第一卡槽21及第二卡槽12分别卡合左侧板3和右侧板4的上下两端，以此保证整个外延生长室10结构的稳定性，且组装起来更加简单。

所述左侧板3和右侧板4均呈长方形板条，且其形状和尺寸完全相同。

所述硬质保温层5紧密包裹在所述的外延生长室10的外围，以对外延生长室10保温，及减少外延生长室10的热辐射；其中，所述硬质保温层5对应所述外延生长室10的进气口103及出气口104处分别设置有第一、第二通孔51、52，该第一通孔51的尺寸小于进气口103的尺寸，该第二通孔52的尺寸小于出气口104的尺寸，以致使该第一、第二通孔分别与导气管连接器6及下游导气管8外围紧密接触，保证密封性能，以提高保温功效。

所述硬质保温层5外围还套接有一外壳。所述导气管连接器6设于外延生长室10的进气口103处，并伸出于硬质保温层5外；其中，所述导气管连接器6前后两端分别成型有第一、第二接口61、62，该第一接口61与所述外延生长室10的进气口103对接，该第二接口62与上游导气管7对接，且该导气管连接器6内形成有第四矩形腔道63，该第四矩形腔道63的截面形状及面积与所述外延生长室10中矩形腔室100的截面形状及面积均相同。

所述上游导气管7套接于导气管连接器6上，其用于引导反应气体在进入外延生长室10之前呈层流状态；其中，所述的上游导气管7呈矩形，该上游导气管7具有第二矩形腔道71，该第二矩形腔道71的截面形状及面积与所述外延生长室10中矩形腔室100的截面形状及面积均相同。

所述下游导气管8设于外延生长室10的出气口104处，并伸出于硬质保温层5外，该下游导气管8用于引导尾气排出。其中，所述的下游导气管8呈矩形，该下游导气管8具有第三矩形腔道81，该第三矩形腔道81的截面面积大于所述外延生长室10中矩形腔室100的截面面积。

本发明使用时，将SiC晶片置于托盘上，并将托盘102放置于外延生长室10的承载槽101内，将反应气体从上游导气管流入，在经过导气管连接器后进入外延生长室的矩形腔室100中，使反应气体在进入外延生长室之前呈现层流状态，以此保证生长环境。在一定的高温生长条件下，反应气体在矩形腔室100中发生化学反应，通过扩散、吸附、分解、脱附、再扩散等一系列过程，在位于托盘102内的SiC晶片表面进行SiC外延层的生长，尾气经下游导气管排出，经过一定生长时间，完成SiC外延生长。

当然，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并非来限制本发明实施范围，凡依本发明申请专利范围所述构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。